(57)【要約】【課題】風力エネルギー利用装置の大規模化に伴い、プロペラ風車の耐久面と発電機の定格出力制限等より生じるカーブアウト領域、カットアウト領域、カットイン領域の無駄を有効に利用できる風力エネルギー利用装置を提供する。【解決手段】本発明の風力エネルギー利用装置はダウンウィンド方式において、強風時には風の来る下手側に簡単な手段でブレードを傾倒させ、円錐形状回転の底面積の変化による受風力と、ブレードの傾倒バランスでコントロールさせながら運転できる。また、略水平に設けたローター回転軸の回転を、曲管内で自在継手をつなぎ合わせた簡単な原理で、タワー内に設けた縦軸回転軸に伝え、タワー基部近傍の低位置で発電機或いはポンプ駆動し、大重量物の発電機等を高所から低所に移せるため、特に洋上における浮体式の風力エネルギー利用装置に活躍が期待できる。【選択図】図１０
2013221411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けて風力エネルギーを吸収するブレードを集合してローターをなし、該ローター中心部に略水平にローター回転軸を設けると共に、前記ローター回転軸に対する傾倒可能な前記ブレードを集合するハブを備えた風車を、略鉛直に立設したタワーの上部に搭載した風力エネルギー利用装置において、前記ハブを備えた前記風車の回転を駆動源として動力発生させる風力エネルギー利用装置。
【請求項２】
風を受けて風力エネルギーを吸収するブレードを集合してローターをなし、該ローター中心部に略水平にローター回転軸を設けると共に、前記ローター回転軸に対する傾倒可能な前記ブレードを集合するハブを備えた風車と、タワー内の略鉛直に設けた縦軸回転軸と、タワー基部近傍に発電機、或いはポンプとを備えた風力エネルギー利用装置において、前記風車の回転を、前記略水平に設けたローター回転軸から、前記縦軸回転軸ならびに、前記タワー基部近傍の発電機、或いはポンプに伝えて駆動させ、動力を発生させることを特徴とする風力エネルギー利用装置。
【請求項３】
風を受けて風力エネルギーを吸収するブレードを集合してローターをなし、該ローター中心部に略水平にローター回転軸を設けると共に、前記ローター回転軸に対する傾倒可能な前記ブレードを集合するハブを備えた風車と、タワー内の略鉛直に設けた縦軸回転軸と、タワー基部近傍に複数個に分割した発電機とを備えた風力エネルギー利用装置において、前記風車の回転を、前記略水平に設けたローター回転軸から、前記縦軸回転軸ならびに、前記タワー基部近傍の複数個に分割した発電機に伝えて駆動させ、動力を発生させることを特徴とする風力エネルギー利用装置。
【請求項４】
風を受けるブレードは、前記ハブの本体に設けたピンを支持点とするアームと、スライドリングがクランクを介して連携させて、略水平に設けたローター回転軸に対する前記ブレードを傾倒可能に構成した請求項１乃至３いずれか一項記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項５】
前記スライドリングを移動、復元させる手段にスプリング、或いは細分割したスプリング、シリンダー装置を用いて作動させることを特徴とした請求項１乃至４のいずれか一項記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項６】
前記スライドリングの外部に突起した外環と、その外部にクランプを設け、該クランプを強制移動させることにより、前記スライドリングがクランクを介してアームを連動させ、略水平に設けたローター回転軸に対する前記ブレードを、傾倒可能にさせることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項７】
前記クランプを強制移動させる手段として、ネジ棒を用いたことを特徴とした請求項６記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項８】
略水平に設けたローター回転軸の回転を、タワー内に設けた縦軸回転軸に伝えるため、曲管内で接続した自在継手を用いて伝達することを特徴とする請求項２乃至７いずれか一項記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項９】
前記曲管に管の切り曲げを用いて曲管を構成したことを特徴とする請求項８記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項１０】
ナセル内にクレーンを設けたことを特徴とする請求項１乃至９いずれか一項記載の風力エネルギー利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は陸上もしくは海洋上に着床或いは水面上に浮かばせた浮体に風車装置を搭載して発電、或いは水の循環、送水、水質浄化、他動力ならびにエネルギー変換装置の駆動源として利用するする風力エネルギー利用装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から地球温暖化や様々な地球環境破壊などが叫ばれてきたが、これらの問題は近年になってますます大きくなっている。これらは、化石エネルギー資源の使用による二酸化炭素排出問題とも密接に関連している。その化石エネルギー資源には、枯渇問題などエネルギー資源そのものの量的問題等がある。これらの問題に対して省エネルギー、省資源が叫ばれる一方で、二酸化炭素排出のないクリーンな自然エネルギーの早期導入、早期実用化が全世界的な課題になっている。
【０００３】
また、原子力発電による電気エネルギーの供給が行われているが、原子力利用に関する問題としては、原子力発電所などの原子炉の老朽化や地震、津波、天災、人災などに伴って発生し得る放射能漏れ事故がある。周知のように放射能は生態環境への悪影響が大きく、放射能漏れ事故が発生したときには、福島原発事故等の例を見ても、地域住民の生活環境への悪影響が大きく、被害も甚大になる虞がある。
【０００４】
また、我が国の陸上における風力エネルギー利用装置では装置の大規模化に伴い、低周波騒音問題など公害問題がある。国土の狭い我が国ではこれらの問題を踏まえ、これ以上陸上では新規立地が困難な状況にあるが、福島原発事故などの影響で電力不足に陥り、早急に新たなエネルギー開発を推進しなくてはならない状況にある。騒音、公害問題などを配慮しつつ、安全性、安定性、効率化、メンテナンス性などの分野で、これまでの装置を大幅な改善と推進が緊急に求められている。
【０００５】
地球表面積の７１パーセントが海であり、我が国は四方海に囲まれた海洋国である。また、我が国は海の面積を入れると世界有数の大国であるため、海を有効に利用して、海洋上に着床式、或いは浮体式の洋上風力エネルギー利用装置を設けるならば、低周波騒音など公害問題も解決するばかりか、大規模化が可能であるため、原子力発電の代替エネルギーとして十分役立たせることも考えられる。
【０００６】
また、離島などにおける風力エネルギー利用装置開発は、陸上、洋上を問わず現在は人の住めないような無人島、例えば尖閣諸島や沖ノ鳥島、小笠原諸島などの島々への居住を可能にし、釣り場や観光地としての可能性を高めるために、離島における石油などの運搬費とエネルギー資源の節約や観光、水産業などの拡大による島民の生活向上や利便性の向上、或いは国民の広域活動と都市集中型人口の分散化などを図るためにも、その海を有効に利用する必要がある。
【０００７】
海洋には波エネルギーや風力、太陽光、海流、潮汐などの海洋エネルギー資源が多く存在するにもかかわらず、これらを安価に効率よくエネルギー利用し、安定エネルギー源として有効利用できる装置が未開発の状況にある。そのため、これを早急に開発し、人間生活に有効に利用することが社会的にも経済的にも必要であり、その第一歩として最も身近な洋上風力エネルギー利用装置の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許願第２０１０−６７３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これまでの風力エネルギー利用装置は、陸上もしくは海洋上で強烈な風力や波エネルギーならびにその振動を受けた場合には、風力エネルギー利用装置が十分に作動できないばかりか破壊される虞があった。これまでの技術的課題としては、発電装置の場合で、発電機一基における定格出力制限によるカーブアウト領域、ならびにカットアウト装置などにより風速２５ｍ/Ｓを超えると風車の回転を止めなくてはならない不経済な課題があった。
【００１０】
また、装置の傾きや転倒破壊を防止するためにも、発電機や増速機など重量物はできえる限りタワー基部近傍の低位置に設け、装置全体の重心を下げ、装置の安定性、安全性、機構の簡略化、メンテナンス性、効率化を図らなくてはならない課題もあった。
【００１１】
特に洋上風力エネルギー利用装置などにおいては装置の大規模化に伴い機構を簡略化し、装置は出来る限りドックなど陸地の工場で製作、組み立て、一体化し、コンパクトで安価に製造、設置して、メンテナンス費、運転コストなどすべてをコスト低下に導くことが、発電原価等の低下につながるため、現地作業を極力減じなくてはならない課題もあった。
【００１２】
また、洋上風力エネルギー利用装置などの設置、運搬、曳航時において、予期せぬ低気圧の到来や、突風の遭遇においても、簡単に対応できて、装置を安全に守り、装置上部での高所作業は出来得る限り避け、低所で対応できることのできる装置の機構、構成でなくてはならない課題もあった。  
【００１３】
また、海洋、ダム、湖沼等における水の循環、送水、浄化装置の動力、エネルギー伝達の効率化において、これまでの風力発電装置の発電機は高所にあることと、利便性の観点から、そのほとんどは電力変換で行われている。しかし省エネルギー、省資源の観点より、水の循環、送水、浄化などの動力源においては、本発明の風車の回転を縦軸回転軸からポンプなどに直接接続して直接駆動も可能であることから、動力伝達工程の削減、簡略化により行程ロスを削減し、高効率化しなくてはならない課題もあった。
【００１４】
本発明は、陸上ならびに海洋上においてこのような従来の技術が有する課題に着目してなされたもので、曳航距離や、現場の気象条件などさまざまな課題を解決し、風車による低速回転、高トルクの動力を効率よく、比較的簡単に、合理的安全に発電機或いはポンプ等に伝えて駆動源とするとともに、装置の重心を低くすることで装置の転倒作用を極力抑え、安全性、安定性を高め、台風時などの大風や大波に耐え、強風によるカーブアウトの範囲を有効利用し、カットアウト操作の範囲を縮小し、稼働率を高め、高効率で安価な駆動源コストならびに安価な発電原価による風力エネルギー利用装置を開発することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（６）を集合してローター（ＲＤ）をなし、該ローター中心部に略水平にローター回転軸（７）を設けると共に、前記ローター回転軸（７）に対する傾倒可能な前記ブレード（６）を集合するハブ（８）を備えた風車（９）を、略鉛直に立設したタワー（２）の上部に搭載した風力エネルギー利用装置において、前記ハブ（８）を備えた前記風車（９）の回転を駆動源として動力発生させる風力エネルギー利用装置。
【００１６】
［２］風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（６）を集合してローター（ＲＤ）をなし、該ローター中心部に略水平にローター回転軸（７）を設けると共に、前記ローター回転軸（７）に対する傾倒可能な前記ブレード（６）を集合するハブ（８）を備えた風車（９）と、タワー（２）内の略鉛直に設けた縦軸回転軸（６１）と、タワー基部（６３）近傍に発電機（Ｇ）、或いはポンプ（Ｐ）とを備えた風力エネルギー利用装置において、前記風車（９）の回転を、前記略水平に設けたローター回転軸（７）から、前記縦軸回転軸（６１）ならびに、前記タワー基部（６３）近傍の発電機（Ｇ）、或いはポンプ（Ｐ）に伝えて駆動させ、動力を発生させることを特徴とする風力エネルギー利用装置。
【００１７】
［３］風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（６）を集合してローター（ＲＤ）をなし、該ローター中心部に略水平にローター回転軸（７）を設けると共に、前記ローター回転軸（７）に対する傾倒可能な前記ブレード（６）を集合するハブ（８）を備えた風車（９）と、タワー（２）内の略鉛直に設けた縦軸回転軸（６１）と、タワー基部（６３）近傍に複数個に分割した発電機（Ｇ’）とを備えた風力エネルギー利用装置において、前記風車（９）の回転を、前記略水平に設けたローター回転軸（７）から、前記縦軸回転軸（６１）ならびに、前記タワー基部（６３）近傍の複数個に分割した発電機（Ｇ’）に伝えて駆動させ、動力を発生させることを特徴とする風力エネルギー利用装置。
【００１８】
［４］風を受けるブレード（６）は、前記ハブ（８）の本体（２３）に設けたピン（１５）を支持点とするアーム（１４）と、スライドリング（１７）がクランク（１６）を介して連携させて、略水平に設けたローター回転軸（７）に対する前記ブレード（６）を傾倒可能に構成した項１乃至項３いずれか一項記載の風力エネルギー利用装置。
【００１９】
［５］前記スライドリング（１７）を移動、復元させる手段にスプリング（２０）、或いはスプリング（２０’）、シリンダー装置（２５）を用いて作動させることを特徴とした項１乃至項４のいずれか一項記載の風力エネルギー利用装置。
【００２０】
［６］前記スライドリング（１７’）の外部に突起した外環（１８’）と、その外部にクランプ（４２）を設け、該クランプ（４２）を強制移動させることにより、前記スライドリング（１７’）がクランク（１６）を介してアーム（１４）を連動させ、略水平に設けたローター回転軸（７）に対する前記ブレード（６）を、傾倒可能にさせることを特徴とする項１乃至項４のいずれか一項記載の風力エネルギー利用装置。
【００２１】
［７］前記クランプ（４２）を強制移動させる手段として、ネジ棒（４６）を用いたことを特徴とした項６記載の風力エネルギー利用装置。
【００２２】
［８］略水平に設けたローター回転軸（７）の回転を、タワー（２）内に設けた縦軸回転軸（６１）に伝えるため、曲管内で接続した自在継手（６２）を用いて伝達することを特徴とする項２乃至項７いずれか一項記載の風力エネルギー利用装置。
【００２３】
［９］前記曲管に管の切り曲げを用いて曲管を構成したことを特徴とする項８記載の風力エネルギー利用装置。
【００２４】
［１０］ナセル（４）内にクレーン（９１）を設けたことを特徴とする項１乃至項９いずれか一項記載の風力エネルギー利用装置。
【００２５】
前記本発明は次のように作用する。
風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（６）を集合してローター（ＲＤ）をなし、該ローター中心部に略水平にローター回転軸（７）を設けると共に、前記ローター回転軸（７）に対する傾倒可能な前記ブレード（６）を集合するハブ（８）を備えた風車（９）を略鉛直に立設したタワー（２）の上部に搭載した風力エネルギー利用装置において、前記ハブ（８）を備えた前記風車（９）の回転を駆動源として動力発生させる風力エネルギー利用を行う。
【００２６】
そして、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（６）を集合してローター（ＲＤ）をなし、該ローター中心部に略水平にローター回転軸（７）を設けると共に、前記ローター回転軸（７）に対する傾倒可能な前記ブレード（６）を集合するハブ（８）を備えた風車（９）と、タワー（２）内の略鉛直に設けた縦軸回転軸（６１）と、タワー基部（６３）近傍に発電機（Ｇ）、或いはポンプ（Ｐ）とを備えた風力エネルギー利用装置において、前記風車（９）の回転を、前記略水平に設けたローター回転軸（７）から、前記縦軸回転軸（６１）ならびに、前記タワー基部（６３）近傍の発電機（Ｇ）、或いはポンプ（Ｐ）に伝えて駆動させ、動力を発生させることを特徴とする風力エネルギー利用を行う。
【００２７】
ここで、風車（９）が回転すると軸受け（１０）に支持された、ローター回転軸（７）が回転し、その回転を増速機（１１）に伝える。増速された増速機の出力軸（ａ）を曲管内で連結した自在継手（６２）の入力軸に接続する。つぎに自在継手（６２）の出力軸（ｂ）を縦軸回転軸（６１）に接続することにより、略水平軸の回転をタワー（２）内に設けた略鉛直軸の回転に変えることができるため、発電機（Ｇ）或いはポンプ（Ｐ）を駆動して風力エネルギー利用を行う。
【００２８】
そして、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（６）を集合してローター（ＲＤ）をなし、該ローター中心部に略水平にローター回転軸（７）を設けると共に、前記ローター回転軸（７）に対する傾倒可能な前記ブレード（６）を集合するハブ（８）を備えた風車（９）と、タワー（２）内の略鉛直に設けた縦軸回転軸（６１）と、タワー基部（６３）近傍に複数個に分割した発電機（Ｇ’）とを備えた風力エネルギー利用装置において、前記風車（９）の回転を、前記略水平に設けたローター回転軸（７）から、前記縦軸回転軸（６１）ならびに、前記タワー基部（６３）近傍の複数個に分割した発電機（Ｇ’）に伝えて駆動させ、動力を発生させることを特徴とする風力エネルギー利用を行う。
【００２９】
また、タワー（２）内のほぼ中心部に設けた縦軸回転軸（６１）の下方には動力伝達機構としてＶベルトプーリー、チエーンスプロケット、或いは歯車装置などが接続され、縦軸回転軸（６１）の回転を複数個に分割した発電機（Ｇ’）に伝えて発電機（Ｇ’）を駆動させて風力エネルギー利用を行う。
【００３０】
そして、風を受けるブレード（６）は、前記ハブ（８）の本体（２３）に設けたピン（１５）を支持点とするアーム（１４）と、スライドリング（１７）がクランク（１６）を介して連携させて、略水平に設けたローター回転軸（７）に対する前記ブレード（６）を傾倒可能に構成して風力エネルギー利用を行う。
【００３１】
ここで風Ｆが発生し、風車（９）に当たり、風車のブレード（６）は風圧によりタワー（２）の下手側に押されダウンウィンド形式の風力エネルギー利用装置の状態になって風車が回転を始めたとする。更に風が強くなりブレード（６）が強風に押され、ブレード（６）の強度が許容強度設定限界に近ずくにつれ、ハブ（８）内においてブレード（６）に接続するアーム（１４）は支持ピン（１５）を支点としてその端部（ローター回転軸側）では反力が大きくなる。
【００３２】
その反力が大きくなるにつれて、この端部に接続されているクランク（１６）を介して、スライドリング（１７）を風の来る方向に押し返す力が生ずる。このときスプリング（２０）が許容強度設定限界を超えると押し縮められ、スライドリング（１７）が風の来る方向に移動する。そのため、ブレード（６）は風の来る下手側に傾き、ローター回転軸に対し、傾倒角度（β）の角度変化が行われる。
【００３３】
そして前記スライドリング（１７）を移動、復元させる手段にスプリング（２０）、或いはスプリング（２０’）、シリンダー装置（２５）を用いて作動させることを特徴として風力エネルギー利用を行う。
【００３４】
ここで、傾倒角度が変化しない前の時点におけるブレード（６）の端部（ＲＤ）の回転する円の面積は、傾倒角度が変化した時点（ＲＤ’）の円の面積に比べ（ＲＤ’）の面積の方は小さくなっている。傾倒角度の変化によりローター回転面積(受風面積)は縮小されれば受風圧力はその分小さくなるため、強風にも耐えることができると共に、強風であるために縮小された（ＲＤ’）の面積であっても、一定の風力エネルギー利用ならびに吸収ができる。すなわち効率は下落するものの強風であるために、それ相当量の受風効果が確保できる。
【００３５】
風が弱くなりブレード（６）に与える受風圧力が小さくなれば、これまで縮小されたＲＤ’の面積に与える受風圧力よりも、前記したスプリング（２０）の押し戻す力の方が大きくなり、スライドリング（１７）は押し戻され、クランク（１６）を介してアーム（１４）に伝えられブレード（６）の傾倒角度の傾きは解除され、元の状態（ＲＤ）に戻る。ここで風が強くなり、浮体式洋上風力エネルギー利用装置などにおいて、目安数値の一例として、風速１０ｍ/Ｓ程度の風で装置全体が５°程度傾くとすれば、あらかじめ設計時にその分のブレード（６）ならびに、略水平に設けたローター回転軸の傾斜を含めておくと、より効率良い作動が行える。
【００３６】
また、前記スライドリング（１７’）の外部に突起した外環（１８’）と、その外部にクランプ（４２）を設け、該クランプ（４２）を強制移動させることにより、前記スライドリング（１７’）がクランク（１６）ならびにアーム（１４）を連動させ、略水平に設けたローター回転軸（７）に対する前記ブレード（６）を、傾倒可能にさせることを特徴として風力エネルギー利用を行う。
【００３７】
ここで、スライドリング（１７’）を強制的にスライドさせ、風車（９）の略水平に設けたローター回転軸（７）の外環に設けたクランク（１６）を介してアーム（１４）に伝え、ブレード（６）を強制的に風下側（β）方向に傾倒させることにより、ローター端部（ＲＤ’）の回転面積、換言すれば受風面積を縮小することができる。またこのときにブレード（６）は風下側（β’）方向に倒れたために、受風圧力はブレード（６）に対し、円錐形状の斜面で受けるために、単位面積当りの受風風圧力を減少させることができる。
【００３８】
また、前記クランプ（４２）を強制移動させる手段として、ネジ棒（４６）駆動装置（５１）を用いたことを特徴として風力エネルギー利用を行う。
【００３９】
また、略水平に設けたローター回転軸（７）の回転を、タワー（２）内に設けた縦軸回転軸（６１）に伝えるため、曲管内で接続した自在継手（６２）を用いて伝達することを特徴として風力エネルギー利用を行う。
そして設計次第によっては、前記曲管に管の切り曲げを用いて曲管を構成したことを特徴として風力エネルギー利用を行う。
【００４０】
また、略水平に設けたローター回転軸（７）の回転を縦軸回転軸（６１）に伝える手段として、前記説明以外にも昔から行われている笠歯車やウオーム歯車による方法もある。ただ、歯車による方法は自動車産業界などでは、極限値に近い製品実績や経験があるとはいえ、装置の大規模化、高出力、高トルクの動力を長期間伝えるには耐久性、信頼性の面で焼き入れ効果や、表面硬化処理技術など十分に検討、研究しなくてはならない。
【００４１】
また、本発明の風力エネルギー利用装置のナセル（４）内部にクレーン（９１）を設け、運転時はナセル（４）内部に収納すると共に、メンテナンスなど作業時にはクレーン（９１）のビームを延出させて使用することにより、装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどに非常に便利良く作業が行える。外部より大型レッカーなど重機、クレーン船等の持ち込みの必要がないために、トータル的に大幅な経費の節減が行われ、風力エネルギー利用装置コストならびに発電原価等を大幅に引き下げることができる。
【００４２】
また、大重量の発電機(１３)等がタワー(２)上部からタワー基部(６３)近傍に移したバランスくずれの対策を兼ねて、風を受けるブレード（６）の鉛直荷重と、クレーン（９１）の鉛直荷重のモーメントを略吊り合せて、装置のバランスを取ることにより、装置の転倒、破壊などの事故を未然に防止するだけでなく、風車(９)の回転をスムーズに回転させることができるため、総合的に変換効率の上昇にもつながる。
【００４３】
よって、上記風車（９）はブレード（６）を風の来る風下方向の傾倒角度（β）を受風力に合せて随時調整することにより、風車（９）に風を受けるブレード（６）を（ＲＤ）のように最大限に広げて効率上昇を図る場合と、その反面、台風時等の強風には、わざとこれを変化させ、（ＲＤ’）或いは（ＲＤ”）のように狭め、受風面積を縮小、或いは拡大させて自動的、強制的コントロール操作により運転し、効率悪化に導きながら装置の破壊を防止すると共に、微風時から強風時までの膨大な風力エネルギーを効率よく持続可能な範囲で吸収することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば台風時等強風時には、風力に応じてブレードが風下側に傾倒するため、ブレードが破壊される心配がない。そればかりかこれまでの一般的な風力エネルギー利用装置は、風速２５ｍ/Ｓになればブレードを守るためにカットアウト装置により、ブレードを回転させて、それ以後は全く利用できなくなるが、本発明ではこれまではカットアウト領域内であっても、ブレードの許容強度限界範囲内までは負荷をかけ、風力エネルギーを最大限に吸収することができるため、その効果は大きい。
【００４５】
また、風力エネルギーは速度の３乗に比例するため、これまでの装置ではカットアウト領域である風速２５ｍ/Ｓ以上の風には、膨大な風力エネルギーがあることと、洋上では風速２５ｍ/Ｓを超える風は頻繁に発生するため、これを少しでも多く吸収し、人間生活に役立てることが大切であり、その効果は大きい。
【００４６】
本発明にかかる風力エネルギー利用装置によれば、自在継手を比較的簡単につなぎ合わせ、略水平軸の回転を略鉛直の縦軸回転軸の回転に伝えることができるため、発電機や増速機の一部などの重量物部分がタワー上部にからタワー基部の近傍に移設できる。そのため装置全体の重心の位置を低く抑え、運転、運搬、曳航時、地震や津波、台風時などの風圧、動揺、振動などにも安定的、安全性が良いために、効率上昇につながるばかりでなく、タワー部材や装置全体の部材などの強度的にも無駄な部材の削減が行われ、装置の製造コストならびに大幅な発電原価等の引き下げができるため、その効果は大きい。
【００４７】
また、発電機等の保守、点検メンテナンスなどにおいても、タワー基部近傍の地上もしくは水面近くの浮体内、或いは浮体上の運転室等に設けられるため、高所作業を減じ、足場、作業性等の作業の簡略化が行えるため、その効果は大きい。
【００４８】
これまでのプロペラ風車における縦軸型式の動力伝達は、笠歯車やウオームギヤーなどによるものが多いが、歯車は部分的摩耗が大きく長期間運転できない等、機構上信頼性に乏しいばかりでなく、ギヤーホックス等の重量を減ずることができない致命的な問題があった。しかし、曲管内で自在継手をつなぎ合わせる本発明により装置の簡略化、軽量化が行えるため、その効果は大きい。
【００４９】
また、油圧等を用いた場合には装置が複雑化することと、タワー上部に複雑で大掛かりな油圧ポンプ、オイルモーターなどを設けなくてはならないため、これらが大重量物となる恐れがあり、装置の重心が下がらない等の問題もあった。しかし、本発明により、高所の複雑な装置は出来得る限り低位置に配置できるために、その効果は大きい。
【００５０】
また、装置内にうまくクレーンを組み込ませることにより、装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどに有効に利用できるため、外部の大がかりなレッカー、重機、クレーン船等調達の必要もない。海洋上の風のある海域には必ず波が（風波）があると言われるだけあって、風のある波浪海域での現地工事の削減は稼働率を高め、トータルシステムとして、安全性、安定性、経済性等においてすべてに勝り、変換装置コストならびに発電原価等の大幅な引き下げができるために、本発明の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ａの構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ａにおけるブレード、ハブ、スライドリング、ローター回転軸主要部の詳細な構成を示す縦断面図である。
【図３】図２におけるＺ-Ｚ矢視図である。
【図４】図３におけるＹ-Ｙ矢視図である。
【図５】本発明の第一の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ａにおける図２に示したスプリング２０の構成ならびに作動範囲を示す図である。
【図６】本発明の第一の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ａにおける図２に示したスプリング２０とは別形式の一例スプリング２０’の構成ならびに作動範囲を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第一の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ａにおける図６に示したスプリング２０’とは別形式の一例油圧シリンダー装置２５を設けた場合の構成ならびに作動範囲を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第一の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ａにおけるブレード、ハブ、スライドリング、ローター回転軸主要部の詳細な構成を示し、図２とは別形式の一例スライドリングを設けた縦断面図である。
【図９】図８におけるＸ-Ｘ矢視図である。
【図１０】本発明の第二の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ｂの縦断面図である。
【図１１】本発明の第二の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ｂの屈曲した動力伝達部において曲管内で自在継手をつなぎ合わせた一例Ｍを示す縦断面図である。
【図１２】本発明の第二の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ｂの屈曲した動力伝達部において曲管内で自在継手をつなぎ合わせたＭとは別形式の一例Ｎを示す縦断面図である。
【図１３】本発明の第三の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ｃにおける屈曲した動力伝達部において歯車を利用して動力伝達を行う一例を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の第二、第三の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ｂ、Ｃにおけるこれまでの既存風車の発電領域と、本発明の発電機分割による発電領域比較の基本的な構成の一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第二の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ｂにクレーンを設けたその構成の一例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
風力エネルギー利用装置Ａおよび風力エネルギー利用装置Ｂ、Ｃは陸上や海岸域、或いはダム、湖沼、大陸棚等に設置して風力エネルギーを有効に利用するものである。以下の説明では本発明の風力エネルギー利用装置Ａを海洋上における浮体式の風力エネルギー利用装置として海に使用するものとして説明する。
【００５３】
以下、図面に基づき本発明の好適な第一の実施の形態に係る説明をする。
図１から図９は本発明の一実施の形態を示している。  
図１は、本発明の第一の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ａの構成を示す縦断面図であり、図２は、本発明の第一の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ａにおけるブレード、ハブ、スライドリング、ローター回転軸主要部の詳細な構成を示す縦断面図である。
【００５４】
図１に示したように、本発明は海洋上で海面Ｓ上の浮体１の上部において、略鉛直に立設したタワー２の上部に設けた回転台座３に、タワー２の中心線を基準としてナセル４ならびにナセルの台座５が乗せられ、ここで自由に回転できるものとする。また、強風等を受けて装置が傾倒、振動、動揺した場合でもナセル４ならびにナセルの台座５はタワー２ならびに回転台座３から移動、変心、破壊等されることなくナセル４内の装置は十分に機能を果たす仕組みになっているものとする。
【００５５】
風Ｆを受けて風力エネルギーを吸収するブレード６を集合してローターＲＤをなし、その中心部に略水平にローター回転軸７を設けると共に、前記ローター回転軸７に対する傾倒可能な前記ブレード６を集合するハブ８（詳細な説明は図２の説明による）を備えた風車９を設け、前記ローター回転軸７は軸受け１０に支持され、増速機１１を介して増速機１１の出力軸１２の他の一方は発電機１３に接続されている。
【００５６】
風が吹き前記ハブ８を備えた前記風車９の回転を前記ローター回転軸７、軸受け１０、増速機１１を介して発電機１３に伝え、発電機１３を回転させて発電する。
【００５７】
図２において、風を受けるブレード６は、前記ハブ８の本体２３に設けたピン１５を支持点とするアーム１４と、スライドリング１７がクランク１６を介して連携させ、略水平に設けたローター回転軸７に対する前記ブレード６を６’或いは６”の位置まで傾倒可能に構成している。
【００５８】
スライドリング１７の内部にローター回転軸７が通され、埋め込みキー１９がローター回転軸７に埋め込まれ、ローター回転軸７とスライドリング１７は軸方向には自由にスライドできるが、回転方向には双方が一体的に回転しなくてはならない仕組みになっている。
【００５９】
スライドリング１７の外側にはスプリング２０が通され、スプリング２０の両端を止める手段として、スライドリングの外側に外環１８と、止め環２１が設けられている。止め環２１は埋め込みキー１９によりローター回転軸７と一体的に回転するものとする。またスプリング２０の復元時にはアーム１４の端部を急激に押し返すため、衝撃力を防止するための手段として衝撃防止ピン２２或いはゴム板などの衝撃防止装置が設けられている。
【００６０】
衝撃防止ピン２２は本図ではスプリング式で図示したが、油圧でも水圧でも、空気圧でも衝撃力を十分に防止できるものであれば差し支えない。また、クランク１６の両端はピンなどで接続され、一方はアーム１４に、他の一方はスライドリング１７に接続されているものとする。
【００６１】
図３は図２におけるＺ-Ｚ矢視図であり、ハブ８の平面図である。この度の風車の羽根は３枚羽根でα方向の回転だと仮定するならば、全円周３６０度を３等分に区切り１２０度ずつの振り分けとする。この３等分線上にアーム１４が設けられている。ほぼ円形のハブ８の本体２３より、突起した２枚のリブ２４に挟まれたアーム１４は、ピン１５で支持されている。また、ハブ８の本体２３とリブ２４は鋳物、或いは溶接、鍛造、熔融成型品などでしっかりと一体的な構造になっているものとする。
【００６２】
リブ２４の内側面２４ａとアーム１４の外側面１４ａは比較的滑らかな接触面とし、この双方があまり大きな隙間は設けないが、２枚のリブ２４内に挟まれたアーム１４は、ピン１５を支点として自由に摺動回転できるものとする。従って、例えば風車９が回るα方向にはアーム１４の外側面１４ａと、２枚のリブ２４の内側面２４ａは、圧接面で受けとめるが、風下側β方向の力にはピン１５を支点として摺動回転できるものとする。
【００６３】
図４は図３におけるＹ-Ｙ断面矢視図である。ハブ８の本体２３に２枚１組のリブ２４が突起し、その中にアーム１４が挟まれている様子を示した拡大断面図である。
【００６４】
図５は本発明の第一の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ａにおける図２に示したスプリング２０の構成ならびに作動範囲を示す図である。
図２の説明で行ったスプリング２０におけるスライドリング１７のスライド量と制限、復元の範囲を示す図である。ここでスプリング２０の自由長さをＬＳ０とし、装置のセット時におけるセッテイング長さをＬＳ１とする。
【００６５】
風圧力により、アーム１４が作用してスライドリング１７が移動するときのスプリング２０を押し縮める範囲がＬＳ２であり、その残りがＬＳ３である。スプリング２０の密着長さがＬＳ４である。このような設定において、ＬＳ０からＬＳ１になるまでの圧縮力は、風車９の風圧力を受けるβ方向の分力或いは、ブレード６ならびに装置全体の許容強度限界力以内に設定する。そのため、上記設定以上の風圧力になればブレード６の受風圧力でスプリング２０が圧縮され、スライドリング１７が風上側に移動し、アーム１４ならびにブレード６は風下方向（図２のβ方向）に倒れる。
【００６６】
風が収まり、風圧力が弱くなったときには、スプリング２０の反力の方がβ方向の風圧力の分力よりも大きくなると、スプリング２０の復元力でスライドリング１７を押し戻し、ブレード６を元の状態に戻し復元できる。
【００６７】
図６は本発明の第一の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ａにおける図２に示したスプリング２０とは別形式の一例スプリング２０’の構成ならびに作動範囲を示す縦断面図である。これまでの説明ではスプリング２０はローター回転軸７と同心上のしかも、スライドリング１７の外周上に１個のスプリング配置としたが、設計次第によっては図６に示すように、小さなコイルスプリング２０’を、スライドリング１７の外周上に複数個均等に配置して、スプリング２０の役目を果たせばそれでもよい。
【００６８】
すなわち、前記したスプリング２０の説明に対応する別形式の一例スプリング２０’のそれぞれの対応値は、ＬＳ１がＬＳ１’に、ＬＳ２がＬＳ２’に、ＬＳ３がＬＳ３’に、ＬＳ４がＬＳ４’になる。個々の説明においては前記同様のためその繰り返しはしない。また設計次第によってはこのような小さな巻き線のものをたくさん入れた方が合理的、経済的、効果的な場合もある。
【００６９】
ここで図２〜図６までの総合的な作用、動作、運転状況を以下に説明する。図２において風Ｆが吹き、その風がブレード６に当たり風車９が回転を始めたとする。このとき風Ｆはブレード６を回転させるα方向の回転力と風下側のβ方向の揚力に分けられる。風が強くなりβ方向の分力がブレード６の許容強度限界値に達すれば、スプリング２０或いは２０’を圧縮、縮小状態に入りブレード６は風下側のβ方向に傾倒し、ブレード６’或いは６”状態になったとする。
【００７０】
このときローターの最大回転直径はＲＤからＲＤ’或いはＲＤ”に変化する。当然風の受けるローターの直径は、ＲＤからＲＤ’ 或いはＲＤ”に変化するため、受風面積は縮小される。また、ブレード６は風下側に６’或いは６”の状態に倒れるため、風Ｆを円錐形状の斜面で受けることとなり受風効率も低下する。つぎに風が弱まり風車９に与える風圧力が弱まったとすると、ローターＲＤ’或いはＲＤ”の受風面積に対する受風力より、スプリング２０の押し戻す力の方が大きくなった場合には、ＲＤ’或いはＲＤ”が元のようにブレード６のローターＲＤまで押し戻す結果となる。
【００７１】
すなわち、風Ｆの強さとスプリング２０、或いは２０’の圧縮力が一致したところで運転される。この動作、作用により風車９の許容強度限界値近くまで風力エネルギーを吸収しつつ、装置の破壊を免れながら運転できる優れた装置となる。
【００７２】
図7は本発明の第一の実施の形態に係る風力発電装置Ａにおける図６に示したスプリング２０’とは別形式の一例油圧シリンダー装置２５を設けた場合の構成ならびに作動範囲を示す縦断面図である。
【００７３】
図７においては図５、図６の説明で行ったスプリング２０、或いは２０’の代わりに別形式の一例としてシリンダー装置２５が設けられている。シリンダー装置２５において、シリンダー２６のサドル部２７の基部を止め環２１に当て、他の一方のピストン２８とロッド２９は、スライドリング１７の外環１８に密着させるものとする。シリンダー２６とアキュームレーター３０は、管３１等で結ばれ弁３２等も設けられている。アキュームレーター３０内にはブラダ３３が設けられ、ブラダ３３内に圧縮ガスが蓄えられると同時に、圧縮ガスを供給する供給管３４と弁３５を接続する。
【００７４】
一方シリンダー２６のロッド側端部には小さな穴３６、３６’３６”等があけられ、前記したシリンダー２６とアキュームレーター３０の連絡管３１の途中に管３１’で結ばれている。また、アキュームレーター３０ならびにシリンダー２６内には作動油もしくは作動水等が注入されていると同時にアキュームレーター３０とシリンダー２６はバンド３７等で止められ一体化している。
【００７５】
また、シリンダー２６のロッド側端部に設けた小さな穴３６、３６’３６”には制限オリフス３８が設けられ、管３１’を介して前記した管３１に接続されている。また、シリンダー装置２５は図６の説明におけるスプリング２０’の説明と同様に、前記それぞれの対応値はＬＳ１’がＬＳ１”に、ＬＳ２’がＬＳ２”に、ＬＳ３’がＬＳ３”に、ＬＳ４’がＬＳ４”に相当するため、前記同様その説明の繰り返しはしない。
【００７６】
図８は本発明の第一の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ａにおけるブレード、ハブ、スライドリング、ローター回転軸主要部の詳細な構成を示し、図２とは別形式の一例スライドリングを設けた縦断面図であり、図９は図８におけるＸ-Ｘ矢視図である。
【００７７】
図8、図９の構成の説明においてこれまでの説明と重複する部分の説明は行わないものとする。これまでの説明と基本的に異なる点としては図２の説明ではスライドリング１７のスライド作用、復元作用はスプリング２０、２０’或いはシリンダー装置２５で自動的に行われたが本図の説明では人的、機械的コントロール操作や人的強制作用等による別形式により行われる。
【００７８】
略水平に設けたローター回転軸７にスライドリング１７’は通され、該スライドリング１７’は軸方向には自由にスライドできるが、軸の回転方向は埋め込みキー１９の作用により、ローター回転軸７とスライドリング１７’は一体的回転するものとする。
【００７９】
スライドリング１７’の外部に外環１８’が設けられ、その側面にワッシャー、或いはスラスト軸受けなど摩擦減少機構４１が設けられている。この摩擦減少機構４１を覆いかぶせるようにクランプ４２が設けられ、クランプ４２内で外環１８’は摩擦減少機構４１の作用により摩擦が感じられ自由に回転できるものとする。
【００８０】
図９においてクランプ４２は二つ割れとし、外環１８’ならびに摩擦減少機構４１をそっくり挟み込むような形で構成されているものとする。
クランプ４２の左右両側下方にはガイド４３が設けられ、クランプ４２とガイド４３は一体化されている。ナセルの台座５の上面には、しっかりと設けられたスライデイングレール４４に、前記ガイド４３はガイドされながらスライドできるものとする。
【００８１】
また、クランプ４２の下方中心部の二つ割れ部分に、女ネジ金物４５の取付部が挟み込まれ、ボルトなどでしっかりと固着されている。女ネジ金物４５の女ネジ内部には男ネジのネジ棒４６が通されている。男ネジのネジ棒４６を回転させることにより、女ネジ金物４５が男ネジのネジ棒４６における長手方向のストローク範囲内で、自由に移動できるものとする。
【００８２】
男ネジのネジ棒４６の左右両側には軸受け４７がナセルの台座５の上面にしっかりと設けられ、男ネジのネジ棒４６はここで自由に回転は出来るが、スラスト方向には動けないものとする。また、男ネジのネジ棒４６には、ネジ棒４６を回転させるための駆動装置５１として、チエーンスプロケット４８と、チエーン４９、モーター５０が設けられている。モーター５０を右左に区別して回転させることにより、ネジ棒４６は右左に区別して回転できるものとする。
【００８３】
以上の構成による装置の動作、作用、運転方法を以下に説明する。
風が吹き、風車が回り、装置内に設けた風力計等により風力の大、小がキャッチされ、ブレード６ならびに装置全体は許容強度限界に近ずき装置は危険な状態になったとする。このときの信号をモーター５０に送りモーター５０は回転し、チエーン４９等を介してネジ棒４６が回転したとする。
【００８４】
これに接合された女ネジ金物４５がその回転により、風上側に移動したとすると、これに接続されたクランプ４２、摩擦減少機構４１、外環１８’、スライドリング１７’クランク１６は風上側に動くため、ピン１５を支点としてブレード６は風下側の６’の方向に倒れ、ローターＲＤの回転直径はＲＤ’或いはＲＤ”に小さくなり受風面積も小さくなったとする。
【００８５】
風が弱まり、風力計の信号を前記モーター５０に伝え、モーター５０を前記と反対回転させて女ネジ金物４５を風下側に動かせ、先ほどの運転と反対運転をすることにより、ブレード６は立ち上がり元の姿勢に戻る。すなわち、風の強さを風力計等の信号に変え、その信号を装置に取り入れ、人為的にコントロールさせて運転される。この動作、作用により風車９の許容強度限界値近くまで風力エネルギーを吸収しつつ、装置の破壊を免れる優れた装置となる。それ以外の説明は前述した図２の説明と同様でありその説明の繰り返しはしない。
【００８６】
図１０は本発明の第二の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ｂの構成を示す縦断面図であり、図１１は本発明の第二の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ｂの屈曲した動力伝達部において、曲管内で自在継手をつなぎ合わせた一例Ｍを示す縦断面図であり、図１２は曲管内で自在継手をつなぎ合わせた一例Ｍとは別形式の一例Ｎを示す縦断面図である。以下図１０、図１１、図１２における第二の実施形態に係る説明をする。
【００８７】
図１０に示すように風車９は前記略水平に設けたローター回転軸７の回転を、前記タワー２内に略鉛直に設けた前記縦軸回転軸６１に伝える手段として、曲管内でつなぎ合わせた自在継手６２を設け、タワー基部６３近傍に発電機Ｇ或いは、ポンプＰ、複数個に分割した発電機Ｇ’等を設けた風力エネルギー利用装置Ｂにおいて、前記風車９の回転を、前記自在継手６２を介して前記縦軸回転軸６１からタワー基部６３の近傍に設けた発電機Ｇ或いは、ポンプＰ、複数個に分割した発電機Ｇ’に伝えて駆動する風力エネルギー利用装置に構成されている。
【００８８】
タワー２の上部に設けた回転台座３の上面には、風車９ならびにそのローター回転軸７などを搭載したナセル４ならびにナセルの台座５が設けられ、風車９をダウンウィンド方式による風の来る下手方向に向けるための手段として、回転台座３等が設けられ、タワー２内の縦軸回転軸６１の中心線を中心に、ナセル４ならびにナセルの台座５は安全に回転できるものとする。
【００８９】
また、発電機Ｇ或いはポンプＰ、複数個に分割した発電機Ｇ’等を回転させるにはタワー基部６３の近傍で、タワー２内に略鉛直に設けた縦軸回転軸６１より、Ｖベルト用Ｖプーリー、或いはチェーン用チエーンスプロケット、歯車など動力伝達機構ならびに増速機構を用いて、縦軸回転軸６１の回転を発電機Ｇ、或いはポンプＰ，複数個に分割した発電機Ｇ’を駆動させて風力エネルギーを利用するものとする。また、縦軸回転軸６１は座屈、共振、変形、脱落等回転に支障を来たさないようにタワー２よりスラスト軸受６４、ラジアル軸受、カバー等を用いて十分に支持されると同時に、風雨等にさらされないよう保護されているものとする。
【００９０】
これまでの風力エネルギー利用装置のほとんどは、タワー２の上部の高所に発電機は１基搭載されている。しかし、自然界における広範囲の現象を高所の発電機１基で対応するには、発電機はおのずと大型化し、大重量物とならざるを得ない。
【００９１】
本発明では、発電機Ｇは高所から低位置に移すことで設置運転エリアが広く、足場、作業性等の良いタワー基部６３の近傍に配置されるため、ポンプＰならびに発電機Ｇを複数個に分割して発電機Ｇ’とすることも、分割した発電機Ｇ’を縦軸回転軸６１の外円周上に均等に配置することも、また分割した発電機Ｇ’はそれぞれの仕様を変えて別々に運転することもできる。風Ｆが弱いときには発電機の運転基数を減じて調整するなど発電機の最善、最大効率運転に合わせてコントロール操作し、トータル的に発電効率を上昇させることもできるものとする。
【００９２】
また、装置のメンテナンスや装置の運搬、曳航時にはタワー２の上部からワイヤーをかけて抵抗板重り９７を吊り上げるなどの都合上、縦軸回転軸６１ならびのその軸受部等は６１’６１”の位置程度まで、簡単に移動できるよう軸受支持部等にも、移動（スライド）機構が設けられているものとする。
【００９３】
図１１に示すように、前記自在継手６２は曲管６５内で連結軸７０を介して複数個連結した一例Ｍにより、略水平に設けられたローター回転軸７の出力部、或いは増速機１１の出力軸ａの回転を、（設計次第によっては増速機１１は設けないこともある）略鉛直に設けた縦軸回転軸６１に伝えることができる。
【００９４】
このとき、自在継手６２の連結したものを曲管６５内で回転させることにより、曲管６５の内面６７でガイドされ、予測外の変形、捩れ、破壊などを免れるばかりでなく、金属などの摩擦部に潤滑剤としてグリース油等潤滑油を付着させても、曲管６５の外部に漏れたり、作業者に触れることが少なく、カバーとしての役目が十分に果たせるために、作動効果を上昇させ、円滑にローター回転軸７の出力部、或いは増速機１１の出力軸ａの回転を自在継手６２の出力軸ｂに伝えることができるものとする。
【００９５】
図１２は本発明の第二の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ｂの屈曲した動力伝達部において不要曲管内で自在継手６２をつなぎ合わせた一例Ｍとは別形式の一例Ｎを示す縦断面図である。
図１２に示すように、装置が大規模化した場合には、前記曲管６５は管の切りまげ曲管６６を構成することにより、管の製造、加工、製作などは非常に安価にできるため、発電原価を引き下げる大きな要因となる。
【００９６】
また、その切りまげ部分に自在継手６２’を配置することにより、切り曲げ部での自在継手６２’の外面と曲管６６の内面６８の接触を避け、摩擦を減じることができるため、ローター回転軸７の出力部、或いは増速機１１の出力軸ａの回転を円滑に自在継手６２’の出力軸ｂに伝えられるものとする。
【００９７】
そして、その切り曲げ部分にフランジ６９等を設けることにより、製作、組立、メンテナンスなどにも非常に便利である。また、フランジ６９の位置は管の切りまげ部分より少し離れた位置などに設けてもよい。また組立、メンテナンスなどの都合上、手穴、マンホールの取り付けや、縦割りフランジ等を設けて細分割化することもできるものとする。
【００９８】
また、増速機の出力軸ａ及び自在継手の出力軸ｂにはメンテナンスの都合上軸継手７３が設けられている。さらに複数個連結した前記自在継手６２’と、自在継手６２’が連結軸７０を介して接続させると共に、前記曲管６６の内面６８より前記連結軸７０を軸受７１にて支持することにより、連結軸７０と軸受７１部の円滑な回転により、切り曲げ曲管内面６８での予測外の自在継手６２’の動き、縦横の配置のずれ、捩れ、変形などが少なく押さえられるために、ローター回転軸７の出力部、或いは増速機１１の出力軸ａの回転を、円滑に自在継手６２’の出力軸ｂに伝えることができるものとする。
【００９９】
また、図１１に示すように前記連結軸７０の外部に環７２を設け、連結軸７０と環７２、前記曲管６５、６６の曲管内面６７、６８は互に接触部において、スムースに回転、スライドが自由にできるものとする。
ここで軸受け７１は設計次第によっては環７２と適当に入れ替えても差し支えない。
【０１００】
図１３は本発明の第三の実施の形態に係る風力発電装置Ｃにおける屈曲した動力伝達部において歯車を利用して動力伝達を行う一例を示す縦断面図である。
図１３に示すように第三形式の風力発電装置Ｃにおいて、ブレード６のローター回転をハブ８から略水平に設けたローター回転軸７に伝え、増速機１１の出力軸ａ’から歯車７４を介して出力軸ｂ’に伝える。
ここで図１０の説明と異なる点は、図１０では自在継手６２が歯車７４に入れ替わっているに過ぎないため、これ以外の説明の繰り返しはしない。
【０１０１】
図１４は本発明の第二、第三の実施の形態に係る風力発電装置Ｂ、Ｃにおけるこれまでの既存風車の発電領域と本発明の発電機分割による発電領域比較の基本的な構成を示す説明図である。
【０１０２】
一例として、本図はこれまでの一般的な定格出力２０００ｋｗ程度の装置において、横軸に風速、縦軸に出力をとれば、既存風車の発電領域８１は図１４に示すような範囲となる。また、これまでの装置は２０００ｋｗ程度を一台の発電機で運転されていたが、本発明においてはこれを第一段発電機５００ｋｗ程度までを８２、第二段発電機１０００ｋｗ程度までを８３、第三段発電機１５００ｋｗ程度までを８４、第四段発電機２０００ｋｗ程度までを８５、第五段発電機２４００ｋｗ程度までを８６、第六段発電機２８００ｋｗ程度までを８７のように複数個に分割することができる。
【０１０３】
１台の発電機で広範囲の領域を分担しようとするとどうしても起動トルクや、発電機形状、形式などによる大きなロスが生じるが、これを複数個に分割し、それぞれの範囲にそれぞれの専用領域の仕様を細かく制限することにより、１台の発電機の受け持つ領域がある程度縮小させられ専用機とすることにより、ロスを小さくするばかりでなく、風速、風力領域においては広範囲に対応させることができる。
【０１０４】
すなわち、発電機の出力領域を狭めることによる起動トルク、回転数などのばらつきが安定化するために、広範囲な風速、風力の変化を幅広くとらえ、これまでのカットアウト領域８８を効率よく取り入れることができる。また、これまでは利用が不可能とされてきたカーブアウト領域８９においても、図１４では風速１３ｍ/Ｓ程度を超えると、発電機は定格出力領域に入り、それ以上の出力は得られないが、実際にはブレード６においては、風速に応じた負荷が作用しているため、専用発電機８６、８７等を別途設けることにより、その領域を有効に利用することも出来る。
【０１０５】
また、これまでの発電機は１基で広範囲な領域を持ちすぎたために、起動トルクが大きくなり効率悪い装置であったが、本発明によりカットイン領域９０を狭めることができるため、結果的に発電効率の上昇につながる。
【０１０６】
図１５は本発明の第二の実施の形態に係る風力エネルギー利用装置Ｂにクレーンを設けたその構成の一例を示す縦断面図である。
クレーン９１はクレーン９１のビーム上面（背面）に、ナセル４内で支持された支持ピン９２で支持され、ここでクレーン９１は自由に回転できるものとする。次にこれもクレーン９１のビーム上面（背面）に、支持ピン９３に支持された油圧シリンダー装置９４を介して、ナセル４に支持ピン９５で支持されている。
【０１０７】
油圧シリンダー装置９４を伸縮操作することにより、クレーン９１は支持ピン９２を中心として、上下方向の傾き角度を自由に変えることができるものとする。また、ナセル４はクレーン９１を収納したときのカバー９６等も設けられ、ナセル４内の装置が風雨等から守ることができるものとする。
【０１０８】
図１５に示すように、風力エネルギー利用装置Ｂのナセル４の内部にクレーン９１を設けることにより、装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどに非常に便利良く作業が行える。外部より大型レッカー、重機やクレーン船等の調達の必要がないため、大幅な経費の節減が行われ、安全で安定性、経済的であるため、装置の製造コストならびに発電原価を大幅に引き下げることができるものとする。
【０１０９】
そして、本発明の装置にクレーンを設けない場合には保守、点検、メンテナンスなどにおいて、本発明の風力エネルギー利用装置と、別途台船等に搭載したクレーン等において、風や波浪などによる動揺が相互間で干渉し、二重、三重の事故発生につながることも十分考えられるため、クレーンは出来る限り本発明の装置本体に設け、事故を未然に防止する必要がある。
【０１１０】
また、クレーンが高所に設けられるため、高所での重量物の搭載は転倒を招くために、出来るだけ避けなければならない問題もあるが、近年のトラックなどに設けられる小型クレーンを搭載したユニック車等の例を見ても、アルミ材質などで非常に安価に簡略化、軽量化されていることと、前記発電機１３の高所設置と比べれば１桁近い小さな数値であるために、風車９とのバランス効果をみれば、トータルシステムとして大きな問題ではないために、クレーンの利便性を重視する必要がある。
【０１１１】
また、風Ｆを受ける風車９の鉛直荷重と、ナセル４ならびにクレーン９１の鉛直荷重と、そのモーメントを略吊り合せて装置のバランスを取ることにより、装置の転倒、破壊等の事故を未然に防止し、自然界における大海の過酷な条件に耐え、装置寿命の長期化、長期運転ならびに台風時等の運転も可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明に係る風力エネルギー利用装置は風の吹くところであればどこでも一般に広く使用できる。
【符号の説明】
【０１１３】
Ａ…第一の実施の形態に係る風力発電装置
Ｂ…第二の実施の形態に係る風力発電装置
Ｃ…第三の実施の形態に係る風力発電装置
Ｆ…風
Ｇ…発電機
Ｇ’ …発電機（複数個に分割した）
Ｎ.Ｗ.Ｌ…平均水面
Ｓ…海面（水面）
ＳＧ…海底（湖底）
ＲＤ…ローターの直径
ＲＤ’傾倒したローターの直径
ＲＤ”傾倒したローターの直径（最大傾倒時）
ａ、ａ’…増速機の出力軸
ｂ、ｂ’…自在継手の出力軸
α…風車の回転方向
β、β’、β”…ブレードの傾倒方向の角度
ＬＳ０、ＬＳ０’…スプリングの自由長さ
ＬＳ１、ＬＳ１’…スプリングのセッテイング長さ
ＬＳ２、ＬＳ２’…スプリングの圧縮長さ
ＬＳ３、ＬＳ３’…スプリングの残りの長さ
ＬＳ４、ＬＳ４’…スプリングの密着長さ
ＬＳ１”…セッテイング長さ
ＬＳ２”…圧縮長さ
ＬＳ３”…残りの長さ
ＬＳ４”…密着長さ
１…浮体
２…タワー
３…回転台座
４…ナセル
５…ナセルの台座
６…ブレード
７…ローター回転軸
８…ハブ
９…風車
１０…軸受
１１…増速機
１２…出力軸
１３…発電機
１４…アーム
１４ａ…アーム１４の外側面
１５…ピン
１６…クランク
１７、１７’…スライドリング
１８、１８’…外環
１９…埋め込みキー
２０、２０’…スプリング
２１…止め環
２２…衝撃防止ピン
２３…ハブ８の本体
２４…リブ
２４ａ…リブ２４の内側面
２５…シリンダー装置
２６…シリンダー
２７…サドル部
２８…ピストン
２９…ロッド
３０…アキュームレーター
３１、３１’…管
３２…弁
３３…ブラダ
３４…管
３５…弁
３６、３６’、３６”…穴
３７…バンド
３８…制限オリフィス
４１…摩擦減少機構
４２…クランプ
４３…ガイド
４４…スライデイングレール
４５…女ネジ金物
４６…ネジ棒
４７…軸受け
４８…チエーンスプロケット
４９…チエーン
５０…モーター
５１…駆動装置
６１…縦軸回転軸
６２、６２’…自在継手
６３…タワー基部
６４…スラスト軸受け
６５…曲管
６６…切り曲げ曲管
６７…内面
６８…内面
６９…フランジ
７０…連結軸
７１…軸受け
７２…環
７３…軸継手
７４…歯車
７５…送水ホース
７６…ノズル
８１…既存風車の発電領域
８２…第一段発電機
８３…第二段発電機
８４…第三段発電機
８５…第四段発電機
８６…第五段発電機
８７…第六段発電機
８８…カットアウト領域
８９…カーブアウト領域
９０…カットイン領域
９１…クレーン
９２…支持ピン
９３…支持ピン
９４…油圧シリンダー装置
９５…支持ピン
９６…カバー
９７…抵抗板重り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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